土壤学——国家级精品课程2

第二章土壤有机质第二章土壤有机质(soilorganicmatter)主要内容（重点）：教学目标与要求：教学方式与手段：主要内容（重点）：1.土壤有机质的来源、含量及其组成2.土壤有机质的分解和转化（重点）3.土壤腐殖物质的形成和性质（重点）4.土壤有机质的作用及管理（重点）要求了解土壤有机质的基本组成，重点掌握土壤腐殖质的组成与性质，深刻认识土壤有机质在土壤肥力上的作用，掌握土壤有机质管理的原则与提高土壤有机质含量的方法。幻灯，动画演示；模型分析；定性实验。课时数：4课时第二章土壤有机质(soilorganicmatter)概念：土壤有机质(soilorganicmatter)土壤有机质是土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一类特殊的高分子化合物。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成微生物动物来源植物来源工农业副产品土壤有机质的来源1第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成含量及组成1、有机质含量一般含量在0-5%之间。泥炭土可高达20%或30%以上漠境土和砂质土壤不足0.5%2第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成表5-1不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量有机质含量（%）地区旱地水田东北平原4.454.96黄淮海平原0.991.27长江中下游平原1.742.74南方红壤丘陵1.652.52珠江三角源程序平原2.012.73含量及组成2第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成含量及组成22、有机质的组成(1)化学元素组成土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，C/N比大约在10~12之间。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成(2)化合物组成可分为:腐殖物质（HumicSubstance)非腐殖物质（Non-HumicSubstance)常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。22、有机质的组成含量及组成第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成2含量及组成(3)存在形态：•动、植物残体•半分解的动、植物残体•腐植物质2、有机质的组成第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成决定土壤有机质含量的因素：进入土壤的有机物质数量土壤有机质的损失量土壤有机碳的平衡2含量及组成2、有机质的组成第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化1矿化过程与腐殖化过程1、矿化作用(Mineralization)***土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。R—（C，4H，养分）+2O2CO2+2H2O+能量+养分酶氧化第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化腐殖化过程:(Humification)***各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程。腐殖化系数***：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化表2-5中国不同地区耕地土壤中有机物质的腐殖化系数东北地区华北地区江南地区华南地区作物秸杆作物根绿肥厩肥范围平均范围平均范围平均范围平均0.26-0.650.42(9)0.30-0.960.60(5)0.16-0.430.28(14)0.28-0.720.46(11)0.17-0.370.26(33)0.19-0.580.40(14)0.13-0.370.21(46)0.28-0.530.40(21)0.15-0.280.21(53)0.31-0.510.40(54)0.16-0.370.24(33)0.30-0.630.40(38)0.19-0.430.34(18)0.32-0.510.38(14)0.16-0.330.23(31)0.20-0.520.31(8)第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化图4-1有机质的分解与合成示意图第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化激发作用**（Primingeffect)：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解，这种矿化作用称之激发作用。激发效应可以是正、也可以是负。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化注意在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用可进行较快而彻底，有机物质----CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。在极端嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化影响有机物质的分解和转化的因素：（一）土壤生物的组成与活性土壤动物促进植物残体的破碎和运输真菌可促进木质素的分解细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解2第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化（二）土壤特性1、质地粘粒含量越高，有机质含量也越高。2、PH值中性、钙质丰富较好，PH6.5-7.5。3、水分最适湿度：土壤持水量的50-80%低洼、积水有利于有机质的积累4、通气性通气不良易有机质累积5、温度最适宜温度大约为25-35第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化（三）植物残体的特性1、物理状态新鲜程度破碎程度紧实程度2、C/N比***有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速度影响很大。以25或30：1较为合适。C/N降至大约25：1以下，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第二节土壤有机质的分解和转化表2-2一些有机物质的碳、氮含量及其C/N比有机物质C%N%C/N云杉锯屑硬木锯屑小麦秸秆玉米禾茎甘蔗渣黑麦草（开花期）草坪禾草黑麦草（营养期）成熟苜蓿干草腐烂畜肥堆肥嫩苜蓿干草毛叶苕子城市淤泥土壤微生物细菌放线菌真菌土壤有机质软土Ap层老成土A1平均B层50463840404040404041404040315050505652460.050.10.50.70.81.11.31.51.82.12.53.03.54.510.08.55.04.92.35.1600/1400/180/157/150/137/131/126/125/120/116/113/111/17/15/16/110/111/123/19/1第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质第二章土壤有机质(soilorganicmatter)游离态很少结合态52%-98%腐殖质第三节土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖质-粘土矿物复合体2第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质土壤有机无机复合体示意图第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖酸的分组3目前常用的提取剂（1）0.1MNaOH溶液（2）0.1MNaOH+0.1M焦磷酸钠混合提取液第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖酸的性质4（一）物理性质1、颜色黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色2、溶解性富里酸溶于水、酸、碱；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱；富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水；胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。3、吸水性最大吸水量可以超过500%第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质4、腐殖质的分子结构（1）腐殖酸的分子量有较大的差异。（2）腐殖酸的分子形状pH2-3纤维、纤维束状4-7网状、海绵状8-9页状10粒状5.胶体特性土壤有机胶体的主要组成部分第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质HA的3D优化结构模型第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质（二）腐殖酸的化学性质１、腐殖质的组成腐殖质胡敏酸富里酸胡敏素第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质２、化学组成我国主要土壤腐殖酸的元素组成元素（%）CHO+SNHA50-603.1-5.331-413.0-5.6FA45-534.0-4.840-482.5-4.3习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质3、含氧官能团羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。腐殖质的含氧官能团含量（mmolM＋）.kg-1种类羧基酚羟基醇羟基醌基酮基甲氧基总酸度HA15-5721-572-491-261-53-867FA55-1123-5726-953-2012-273-12103第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质4、腐殖酸的络合性络合物的稳定性随pH值的升高而增大。在Ph4.8时能与Fe、Al、Ca等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质5、腐殖酸的电性腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随pH质的升高而升高。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质（三）腐殖质的稳定性与变异性1、稳定性在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于3个月，植物残体形成的新的有机质的半分解期为4.7-9年，而胡敏酸的平均停留时间为780-3000年，富里酸的平均停留为200-630年。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)2、腐殖质的变异性HA/FA值***：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FA比大于1.0而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，HA/FA比一般小于1.在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA比大于旱地。在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比较高。第三节土壤腐殖物质的形成和性质第二章土壤有机质(soilorganicmatter)第三节土壤腐殖物质的形成和性质课堂测试1、土壤有机质是化学中已有的有机化合物(）2、土壤有机质的转化是受微生物控制的一系列生化反应()3、C/N高会抑制有机质的